化学量論組成の窒化シリコン薄膜によって被覆され、かつ電子部品の製造に用いられる基板、特に炭化珪素基板、及び前記膜を形成する方法
本発明は、電子部品の製造に用いられ、かつ化学量論組成の窒化シリコン薄膜で被覆される基板、特に炭化珪素基板、及び前記膜を形成する方法に関する。
基板（１）の上に、少なくとも一つの窒素含有ガスが存在する状態で膜を形成する方法は、前記ガスを透過させる材料膜（２）で基板を被覆し、更に窒化シリコン膜を、基板と材料膜との間の界面に形成するステップを含む。本発明は、特にマイクロエレクトロニクスに適用することができる。
基板（１）の上に、少なくとも一つの窒素含有ガスが存在する状態で膜を形成する方法は、前記ガスを透過させる材料膜（２）で基板を被覆し、更に窒化シリコン膜を、基板と材料膜との間の界面に形成するステップを含む。本発明は、特にマイクロエレクトロニクスに適用することができる。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
技術分野
本発明は、化学量論組成の窒化シリコン薄膜によって被覆され、かつ電子部品の製造に用いられる基板、特に炭化珪素（ＳｉＣ）基板、及び前記膜を形成する方法に関する。
本発明は特に、マイクロエレクトロニクスに適用される。
【０００２】
背景技術
シリコンは基本的に、シリコンの極めて優れた特性、特にシリコンの自然酸化膜、すなわち二酸化シリコン（ＳｉＯ２）が持つ絶縁特性を示すので、現在エレクトロニクス分野で最も広く使用される半導体材料である。このような観点から、ＳｉＣが特に注目されている、というのは、ＳｉＣの表面に対する保護を、シリコンの成長条件と同様の条件の下でＳｉＯ２を成長させることにより行なうことができるからである。
【０００３】
従って、炭化珪素（ＳｉＣ）、すなわちＩＶ−ＩＶ半導体化合物は非常に注目されている材料であり、この材料は、高出力、高電圧、高周波数、または高温の条件で用いられるデバイス及びセンサに特に適しており、かつ単結晶（立方晶系結晶、六方晶系結晶（１７０を超える結晶多形が存在する）、または菱面体晶系結晶）、多結晶、非晶質、または多孔質とすることができる。
【０００４】
炭化珪素はその特性により、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：金属酸化物半導体）デバイス、ガスセンサの分野、特に高温下で動作させる分野において好まれる材料である。
【０００５】
近年、この材料の表面、絶縁体及び金属とのＳｉＣの界面に関する知識において、著しい進歩が見られる。高性能ＭＯＳトランジスタのようなＳｉＣを利用する電子デバイス、特にこの材料の六方晶（ｈｅｘａｇｏｎａｌ：Ｈ）の結晶多形を利用する電子デバイスの実用化に成功するための重要な課題は、ＳｉＣの酸化に関係する表面保護、及びＳｉＣ上の絶縁構造である。
【０００６】
半導体としてのその極めて優れた特性（Ｓｉ、ＧａＡｓ、及びＩｎＰの特性指数の最大１０００倍の特性指数）とは関係なく、ＳｉＣはシリコンと同じ自然酸化膜（ＳｉＯ２）、すなわち絶縁性能が現時点では比類のないレベルを維持する酸化膜を有する。
【０００７】
しかしながら、ＳｉＣ表面を従来法で酸化する（直接酸化する）と、通常炭素を含有し、かつ電気特性に劣るシリコン酸化物、及び急峻ではないＳｉＯ２／ＳｉＣ界面が形成され、遷移領域がＳｉＣとＳｉＯ２との間に数原子層に渡って形成され、更に前記特性が向上することはない。
【０００８】
更に、シリコンを使用する技術を利用して電子部品を製造している間に行なわれる所定の処理の間に、不純物が一つの層から別の層に移動することができ、これによって材料の特性を変化させる欠陥が形成される。
【０００９】
近年、シリコンの品質と同等、またはシリコンの品質よりも優れた非常に高い品質を示す六方晶ＳｉＣ（最大電子ギャップを持つ４周期の六方晶（４Ｈ）の結晶多形）から成るウェハの形成を可能にし、かつどのような欠陥も含むことのない実用的な方法が提案されている。
この点に関しては、Ｎａｔｕｒｅ、 ４３０、 １００９、 ２００４に掲載されたＮａｋａｍｕｒａらによる論文を参照されたい。
【００１０】
電子ギャップが大きい種類の半導体（特に、ＳｉＣの他に、ダイヤモンド、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物、及びＺｎＯを含む）では先例のないこれらの技術的進歩によって、非常に多くの用途に使われる道が開かれている。
このような大口径単結晶ウェハ（すなわち、約５ｃｍ）に関する近年の開発によって、この分野における技術研究が非常に活発になる可能性がある。
【００１１】
課題を解決するための手段
本発明はこの技術分野の一部分を構成するものであり、そしてＳｉＣを利用する技術を成功に導くために通らなければならない道の一つである解決策を提案する。
【００１２】
本発明の目的は、上述の問題を解決する、特に界面の電子状態の影響を無くすことにあり、本発明によって更に、出来る限り急峻で、かつ欠陥の影響を受けない界面の形成が可能になるだけでなく、微細電子デバイスを形成している間の不純物の移動の影響を受け難いデバイスの形成が可能になる。
【００１３】
本発明の発明者らは、炭化珪素基板の表面に形成される化学量論組成の非常に薄い窒化シリコン膜（Ｓｉ３Ｎ４）を使用することによって、これまで発生していた問題を解決することができるという事実を驚きをもって発見した。
本願発明者らは更に、不純物の拡散を制限する、または阻止する性質を持ち、かつ絶縁物／半導体界面（特に、ＳｉＯ２／Ｓｉ界面）の欠陥を覆ってしまう前記膜を形成する方法を発見した。
【００１４】
更に正確に表現すると、本発明の主題は第１に、電子部品の製造に用いられる基板、特に炭化珪素基板であり、前記基板は、化学量論組成の窒化シリコン薄膜で被覆されることを特徴とする。
【００１５】
本発明は更に、化学量論組成の窒化シリコン膜を基板の上に、少なくとも一つの窒素ガスが存在する状態で形成する方法に関するものであり、前記方法は、基板が、前記窒素ガスを透過させる材料から成る材料膜で被覆されることを特徴とし、更に化学量論組成の窒化シリコン膜が、基板と材料膜との間の界面に形成される性質を持つことを特徴とする。
ここで、基板は、基板に材料が堆積する、または基板に材料を形成し易い性質を持つことに注目されたい。
【００１６】
本発明の主題である方法の好適な実施形態によれば、材料は更に、酸化される性質を持つ。
好適には、材料はシリコンである。前記シリコンが単結晶であると有利である。
材料膜は０．５ｎｍ〜２０ｎｍの膜厚を有することが好ましい。
好適には、基板は炭化珪素である。炭化珪素が単結晶であり、かつβ−ＳｉＣ構造またはα−ＳｉＣ構造を有すると有利であり、β−ＳｉＣ構造の場合、面（１００）を使用することが好ましく、α−ＳｉＣ構造の場合、面（０００１）を使用することが好ましい。
【００１７】
シリコン膜を堆積させる場合、米国特許第６６６７１０２Ａ号に対応する国際特許出願公開第ＷＯ ０１／３９２５７Ａ号を参照することができる。
【００１８】
有利なことに、基板に単結晶シリコンが堆積する、及び／または基板に単結晶シリコンを形成し易い性質を持つ基板の表面を形成しておく工程では、基板を少なくとも１０００℃に予備加熱し、単結晶シリコンを加熱基板の表面にほぼ均一に予備堆積させ、そして前記予備堆積後に、基板に対する少なくとも１回の予備アニールを、少なくとも６５０℃で行ない、予備アニールの合計時間は少なくとも７分である。
【００１９】
本発明によれば、シリコンをほぼ均一になるように基板の表面に堆積させることが好ましい。シリコン膜は立方晶構造を持ち、かつ０．５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲の膜厚を有すると有利である。
【００２０】
好適には、シリコンを基板の上に堆積させ、前記基板を約６５０℃に加熱し、次に前記堆積により得られる化合物を少なくとも６５０℃で、合計アニール時間が少なくとも７分になるようにアニールし、次に少なくとも５０℃／分の速度で冷却する。
【００２１】
上述の予備加熱の前に、基板の表面を形成しておく工程では、好ましくは、基板の脱ガス処理を超高真空（１０−１０Ｔｏｒｒ、すなわち約１０−８Ｐａ）下で行ない、次に前記基板に少なくとも１回のアニールを施し、続いて基板を冷却する。過度に急速な冷却は行なわないで、熱衝撃を回避することが好ましい。
【００２２】
本発明の好適な実施形態によれば、シリコンサンプルの表面から放出されるシリコン原子を堆積させ、前記表面は基板の表面よりも大きく、そしてこれらの前記表面の間の距離は２ｃｍ〜３ｃｍである。
【００２３】
シリコンの堆積に続いて、１回または数回のアニールを、例えば７００℃〜１０００℃の温度で行なう。堆積膜の品質は、例えば低エネルギー電子回折法（ＬＥＥＤ）または高エネルギー電子回折法（ＲＨＥＥＤ）、またはＸ線回折法（ＸＲＤ）、或いは光電子回折法（ＰＥＤ）によってチェックすることが好ましい。従って、数回のアニール及び堆積を、シリコン膜が得られるまで行なうことができる。
【００２４】
好ましい態様では、堆積するシリコンは立方晶シリコンであり、ＳｉＣの格子パラメータはＳｉの格子パラメータより２０％だけ小さい格子パラメータにほぼ等しい。
【００２５】
堆積するシリコンは、β−ＳｉＣ（１００）表面を形成しておくために３×２構造の原子配列を有し、かつα−ＳｉＣ（０００１）表面を形成しておくために４×３構造の原子配列を有することが好ましい。
【００２６】
本発明では、窒素ガスは、一酸化窒素ＮＯ、ＮＯ２、アンモニアＮＨ３、亜酸化窒素Ｎ２Ｏ、及び原子状窒素の中から選択されることが好ましい。ＮＯを使用すると有利であり、この場合、酸窒化処理に起因する酸化物の全ての痕跡を除去して、化学量論組成の窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）膜を形成することが好ましい。この処理を行なうために、表面のアニールのような熱処理、好ましくは少なくとも１０００℃の熱処理を用いると有利である。
【００２７】
ＮＯへの曝露は、種々の公知の方法によって行なうことができ、これらの方法では、例えばガスに対する曝露が行なわれる密閉室に所望量のガスが導入されるようにして、基板を、基板に対向して位置する、または前記基板から遠くない場所に位置する案内管手段またはガス流入手段を通って導入される前記ガスに曝露する。
【００２８】
曝露が十分に行なわれるように、曝露を分光分析法により制御することができる。シンクロトロン放射光を用いた光電子分光を、殻電子のエネルギー準位であるＳｉの２ｐ軌道、Ｃの１ｓ軌道、Ｏの１ｓ軌道及びＮの１ｓ軌道の観測に用いると有利である。
【００２９】
本発明の特定の実施形態によれば、基板をＮＯ分子に真空下で曝露する。この場合、曝露は、１００ラングミュア（約１０−２パスカル秒）〜１００００ラングミュア（約１パスカル秒）の範囲で行なわれることが好ましい。
【００３０】
好適には、この曝露は、基板の表面に対向するガス導入管によって行なわれる。ガス導入管は、炭化珪素表面から、２〜３ｃｍであることが好ましい距離Ｄだけ離れて位置するので、酸窒化を均一に行なうことができる。
【００３１】
曝露は、大気温度（１０℃〜３０℃）で、または約８００℃〜１０００℃を最高温度とする温度で個別に行なうことができ、この場合、基板は適切な手段によって、例えばジュール効果により加熱される。
【００３２】
上述のアニールは適切な手段によって、例えばジュール効果によって行なうことができ、前記手段は、ＮＯへの曝露を行なっている間に用いることができる手段と同じ手段であることが好ましい。
【００３３】
好適には、アニールは８００℃〜１０００℃の温度で、更に詳細には１０００℃で行なわれ、この温度では、酸素のみが除去されたことが観測されている。冷却は真空下で、または不活性雰囲気中で、好ましくは１０−６Ｐａ〜１０−５Ｐａの範囲の圧力で行なうと有利である。熱衝撃を回避するために、冷却の速度は５０℃／分を超えないことが好ましい。
【００３４】
本発明の特定の実施形態によれば、曝露する工程、及び酸化物を除去する（好適には、アニールによる）工程は同時に、または連続的に行なわれる。
【００３５】
本発明は更に、電子部品、特にＭＯＳデバイスを基板の上に形成する方法に関するものであり、この方法では、窒化シリコン膜を基板の上に、本発明の主題である方法によって形成する。
本発明は、純粋に例示のためにのみ非限定的に提示される実施形態についての記述を、添付の図を参照しながら一読することにより一層深く理解されるものと思われる。
【実施例】
【００３６】
図１は、本発明による化学量論組成のＳｉ３Ｎ４膜の形成を可能にする設備を模式的に示している。
参照番号１、２、及び３は、単結晶ＳｉＣ基板、構造単結晶Ｓｉ薄膜、及び基板支持体をそれぞれ表わす。
参照番号４はＮＯガス導入管を表わす。矢印５は、ＮＯガスが真空密閉室６に流入する様子を記号で表わしている。矢印７及び８は、排気手段、及び基板１を、例えばジュール効果により加熱する手段をそれぞれ記号で表わしている。
【００３７】
密閉室６では、Ｓｉ３Ｎ４膜の形成が行なわれる。排気手段７によって、ＮＯ分子に曝露される領域を形成することができる。
Ｓｉ膜２で被覆される基板１が支持体３に載置される。
ガス導入管４から密閉室６にＮＯ分子が供給される。ガス導入管は炭化珪素基板１の表面から距離Ｄだけ離れて位置する。この距離Ｄは２〜３ｃｍである。
【００３８】
非制限的な方法で、かつ本発明の一例に従って、例えば少なくとも０．５ｎｍの膜厚（この膜厚は数原子層の厚さのシリコン原子面に相当する）を有する単結晶シリコン薄膜２で被覆される炭化珪素基板１をＮＯ分子に真空下で密閉室６において曝露する。真空下でこのように曝露することにより、Ｓｉ膜で被覆されるＳｉＣ基板を酸窒化することができる。曝露は、Ｓｉ膜で被覆される炭化珪素表面に対向するガス導入管４によって行なわれる。
【００３９】
非制限的な方法で、曝露は、大気温度（１０℃〜３０℃）で、例えば１００ラングミュア（約１０−２パスカル秒）〜１００００ラングミュア（約１パスカル秒）の範囲で行なわれる。ここで、この曝露は約８００℃〜１０００℃を最高温度とする高温で行なうこともできることに注目されたい。この場合、基板は手段８によって加熱される。
【００４０】
曝露に続いて、超高真空の下に高温、例えば１０００℃でアニールを行なう。
上の説明から分かるように、基板を加熱する手段は、大気温度と異なる温度への暴露が選択される場合に使用される。従って、暴露を大気温度で行なう場合、前記手段は使用されない。
【００４１】
基板を加熱する手段８は、基板を真空状態でアニールしている間に使用することもでき、基板のアニールは、炭化珪素表面の酸窒化を生じさせる暴露の後に行なわれる。
【００４２】
本発明による方法を適用して得られる結果は図２を見ると理解することができる。すなわち、基板１が化学量論組成のＳｉ３Ｎ４膜１０で被覆される。非化学量論組成のＳｉ３Ｎ４膜１２がこの膜１０を覆い、そして膜１２は残留シリコン膜１４によって覆われる。
【００４３】
化学量論組成のＳｉ３Ｎ４の種々の極めて優れた特性の中でもとりわけ、不純物に対する拡散バリアとして作用する当該材料の性質について触れる必要がある。すなわち、このバリアによって、前記不純物がＳｉＯ２／Ｓｉ界面の酸化膜に拡散する現象を防止することができ、この特性がＳｉＣに関して得られることが立証されている。
【００４４】
この有利な特性は、前記不純物が酸化膜に取り込まれることによって、このような膜を使用するデバイス、例えばＭＯＳデバイスの性能を大きく劣化させるので重要である。
【００４５】
米国特許第６６６７１０２Ａ号に対応する国際特許出願公開第ＷＯ ０１／３９２５７Ａ号は、前述の不具合の一部を解決することを目的とする酸化シリコン膜を、４×３表面構造を有するシリコン薄膜で被覆される炭化珪素基板またはシリコン基板の上に形成する方法を開示している。この膜は特に、かつ有利な形で、再構成６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）表面に形成することができる、例えば３×３、
または１×１表面構造を有する表面に形成することができる。
【００４６】
この場合、急峻なＳｉＯ２／ＳｉＣ界面が得られ、遷移が実際に、基板と形成されるシリコン膜との間の数原子層に渡って生じることが判明している。
化学量論組成のＳｉ３Ｎ４膜を上述の方法により形成した後、Ｓｉ／ＳｉＣ系を、例えば国際特許出願公開第ＷＯ ０１／３９２５７Ａ号に開示される方法に従って「酸化する」ことができる。
【００４７】
これによってＳｉＯ２／ＳｉＣ界面が、非化学量論組成の窒化シリコン膜とは別に、酸化膜ＳｉＯ２とＳｉＣとの間に化学量論組成のＳｉ３Ｎ４薄膜として形成され、これにより、このような膜を用いた電子デバイスを形成している間に使用される熱処理の際の、不純物が酸化膜に拡散する現象を停止させることができる。
【００４８】
新規のＳｉ膜を堆積させて、更に厚い、または薄いＳｉＯ２膜を形成することも可能である。
薄膜を窒化する、または酸窒化する別の利点は、２つのシリコン化合物がＳｉＯ２／ＳｉＣ界面において欠陥を覆う保護膜となるという役割を果たすことである。
【００４９】
実際、ＳｉＣの酸化に起因する欠陥が発生することによって、界面の電子状態が電荷キャリアの移動度に悪い結果をもたらし、これによって、界面を有するマイクロ電子デバイスの周波数特性が大きく変化してしまう。
【００５０】
このような観点から、本発明による窒化処理によって膜を形成する方法は、この方法単独で、または国際特許出願公開第ＷＯ ０１／３９２５７Ａ号に開示される方法と組み合わせることにより大きな利点をもたらす。
【００５１】
本発明の他の例を以下に提示する。
他のこれらの例に含まれる殻電子のエネルギー準位の観測は、シンクロトロン放射光電子分光法によって行なわれる。
【００５２】
第１の例は、β−ＳｉＣ（１００） ３×２構造の表面の酸窒化、及び近化学量論組成の窒化シリコンの形成に関する。
再構成３×２（β−ＳｉＣ（１００）３×２）構造を有する立方晶炭化珪素の表面（１００）を形成しておく。このような表面を形成しておくのは、この技術分野の当業者には明らかなことであるが、例えばＰｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ、 ７７、 ２０１３ （１９９６）に掲載されたＳｏｕｋｉａｓｓｉａｎらによる論文、または国際特許出願公開第ＷＯ ０１／３９２５７Ａ号を参照されたい。
【００５３】
次に、ＳｉＣの表面を直接酸窒化する処理を行なう。この処理を行なうために、既に形成されているβ−ＳｉＣ（１００）３×２表面を、炭化珪素の表面に対向するガス導入管から導入され、かつ真空蒸発によるＮＯに暴露する。暴露は、大気温度（約１０〜３０℃）で、例えば１００ラングミュア〜１００００ラングミュアの範囲、別の表現をすると、約１０−２パスカル秒〜約１パスカル秒の範囲で行なわれる。
【００５４】
この曝露は、約８００℃〜１０００℃を最高温度とする高温で行なうこともできる。
一酸化窒素ＮＯと表面との相互作用が大気温度（約１０〜３０℃）で行なわれることにより、Ｓｉ−Ｏｘ−Ｎｙの結合を有するシリコン酸窒化物が生成される。前記酸窒化物は表面の下で成長し、この場合、Ｓｉ原子が、影響を受けない表面を構成する。
【００５５】
熱アニールを約６５０℃で行なうことにより、窒素リッチな酸窒化物（Ｓｉ−Ｏｘ−Ｎｙ）が形成され、この現象はシリコンに関して既に知られている現象である。アニールは真空下で、または不活性雰囲気中で個別に行なわれる。
【００５６】
アニールは、例えば電流をサンプルに流すことにより、そして温度を高温計を使用して制御することにより行なわれる。アニールは、電子線照射によって、または電子線照射ではなく、サンプルを炉に入れることにより行なうこともできる。ＳｉＣを利用するサンプルから得られる結果は、Ｓｉを利用するサンプルから得られる結果と同様である。
【００５７】
ここで、アニールを１０００℃に近い温度で行なうことにより、酸素の全てが除去され、かつ近化学量論組成の窒化シリコン薄膜（１原子層〜数ナノメートルの膜厚）により構成される単一の反応生成物のみが残ることに注目されたく、この場合、窒化シリコン薄膜の存在は、殻電子のエネルギー準位であるＳｉの２ｐ軌道、及びＮの１ｓ軌道を観測することにより明らかになり、これに対して酸素の除去は、殻電子のエネルギー準位であるＯの１ｓ軌道によって明らかになる。
【００５８】
窒化物の下に位置するＳｉＣの炭素面は直接影響を受けることはない、というのは、酸窒化プロセスに関与するのは表面の下に位置するＳｉ原子であるからである。同様の状況が、酸素がＳｉＣ表面と相互作用する場合に観測されている。
【００５９】
第２の例は、堆積した（３×２構造の）Ｓｉ薄膜により修飾されたβ−ＳｉＣ（１００）３×２表面の酸窒化、及び化学量論組成のＳｉ窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）の形成に関するものである。
【００６０】
窒化シリコン膜の非化学量論性を減少させるために、シリコン（約２〜３Ｓｉ原子層）をほぼ均一に、基板のβ−ＳｉＣ（１００）３×２表面に堆積させる。シリコン膜を堆積させる手順に関しては、国際特許出願公開第ＷＯ ０１／３９２５７Ａ号を参照されたい。
【００６１】
次に、３×２構造のＳｉ膜で被覆されるＳｉＣを酸窒化する処理を、前の例において説明したように、Ｓｉ膜で被覆されないＳｉＣを直接酸窒化する処理と同様な方法で行なう。この処理を行なうために、３×２構造のシリコンのＳｉ膜で被覆され、かつこのようにして形成される炭化珪素を、３×２構造のＳｉ膜で被覆される炭化珪素の表面に対向するガス導入管から導入され、かつ真空蒸発によるＮＯ分子に曝露する。
【００６２】
曝露は、大気温度（約１０〜３０℃）で、例えば１００ラングミュア〜１００００ラングミュアの範囲、別の表現をすると、約１０−２パスカル秒〜約１パスカル秒の範囲で行なわれる。ここで、この曝露は、約８００℃〜１０００℃を最高温度とする高温で行なうこともできることに注目されたい。
【００６３】
３×２構造のＳｉ膜を持たないＳｉＣを直接酸窒化する場合におけるように、表面の下に局在する酸窒化物がこの場合も同様に、今度はＳｉ薄膜の下に、かつＳｉＣの第１炭素面の上に、更にこれらの２つの膜の界面に形成される。
【００６４】
しかしながら、大きな差が現われる：すなわち、真空下で１０００℃でアニールを行なった後、近化学量論組成のシリコン窒化物が上述のように形成されるだけでなく、非常に薄いＳｉ３Ｎ４膜（１〜１０単原子層）が形成され、Ｓｉ３Ｎ４膜は、これも同じようにＳｉ膜の下に、かつ炭素面の上に位置する化学量論組成の窒化シリコンにより構成される。
【００６５】
化学量論組成のこのＳｉ３Ｎ４膜の存在は、殻電子のエネルギー準位であるＳｉの２ｐ軌道、及びＮの１ｓ軌道を観測することにより明らかになり、これに対して酸素の除去は、殻電子のエネルギー準位であるＯの１ｓ軌道によって明らかになる。
【００６６】
この場合、Ｓｉ３Ｎ４膜は非常に薄い（１〜１０単原子層）が、Ｓｉ３Ｎ４膜の膜厚は、化学量論組成のＳｉ３Ｎ４膜を形成した後にＳｉ膜の上に成長させることができるＳｉＯ２絶縁膜の品質を変化させることなく、不純物の拡散を阻止するために十分な厚さの膜厚である。
【００６７】
第３の例は、Ｓｉ膜（４×３構造を形成する数原子層）が堆積しているα−ＳｉＣ（０００１）３×３表面の酸窒化、及び化学量論組成の窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）の形成に関するものである。
【００６８】
酸窒化は、α−ＳｉＣ（０００１）３×３構造表面を有する単結晶炭化珪素基板の上でも行なわれる。上述した実験による酸窒化処理を、事前に堆積させたＳｉ膜で被覆される六方晶系炭化珪素に適用して、４×３構造の立方晶Ｓｉ構造を形成する。４×３構造のＳｉで被覆されるＳｉＣのこのような表面を形成しておくために、公知の方法の内の一つの方法、例えば国際特許出願公開第ＷＯ ０１／３９２５７Ａ号に開示される方法を使用する。
【００６９】
Ｓｉ３Ｎ４膜を形成するために、４×３構造のＳｉで被覆されるＳｉＣの酸窒化を行なう。この処理を行なうために、４×３構造のＳｉ膜で被覆され、かつこのようにして形成される炭化珪素を、被覆対象炭化珪素の表面に対向するガス導入管から導入され、かつ真空蒸発によるＮＯ分子に曝露する。
【００７０】
曝露は、大気温度（約１０〜３０℃）で、例えば１００ラングミュア〜１００００ラングミュアの範囲、別の表現をすると、約１０−２パスカル秒〜約１パスカル秒の範囲で行なわれる。ここで、この曝露は、約８００℃〜１０００℃を最高温度とする高温でも行なうことができることに注目されたい。
【００７１】
炭化珪素のβ−ＳｉＣ（１００）３×２表面が３×２構造のＳｉ膜で被覆される場合におけるように、表面の下に局在する酸窒化物がこの場合も同様に、Ｓｉ薄膜の下に、かつＳｉＣの第１炭素面の上に形成される。
【００７２】
１０００℃でアニールを行なった後、近化学量論組成のＳｉ窒化物が上述のように形成されるだけでなく、非常に薄いＳｉ３Ｎ４膜（１〜１０単原子層）も形成され、Ｓｉ３Ｎ４膜は、これも同じようにＳｉ膜の下に、かつ炭素面の上に位置する化学量論組成の窒化シリコンにより構成される。
【００７３】
このＳｉ３Ｎ４膜の存在は、殻電子のエネルギー準位であるＳｉの２ｐ軌道、及びＮの１ｓ軌道を観測することにより明らかになり、これに対して酸素の除去は、殻電子のエネルギー準位であるＯの１ｓ軌道によって明らかになる。
【００７４】
従って、表面の下に、かつ炭素面の近傍に形成される化学量論組成の窒化物Ｓｉ３Ｎ４薄膜（１〜１０単原子層）が存在することによって、単結晶シリコン膜が存在する状態で基板を酸窒化する方法の有用性を確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明による化学量論組成のＳｉ３Ｎ４膜の形成を可能にする設備を模式的に示している。
【図２】本発明による、このような膜で被覆されるＳｉＣ基板の模式断面図である。
【発明の開示】
【０００１】
技術分野
本発明は、化学量論組成の窒化シリコン薄膜によって被覆され、かつ電子部品の製造に用いられる基板、特に炭化珪素（ＳｉＣ）基板、及び前記膜を形成する方法に関する。
本発明は特に、マイクロエレクトロニクスに適用される。
【０００２】
背景技術
シリコンは基本的に、シリコンの極めて優れた特性、特にシリコンの自然酸化膜、すなわち二酸化シリコン（ＳｉＯ２）が持つ絶縁特性を示すので、現在エレクトロニクス分野で最も広く使用される半導体材料である。このような観点から、ＳｉＣが特に注目されている、というのは、ＳｉＣの表面に対する保護を、シリコンの成長条件と同様の条件の下でＳｉＯ２を成長させることにより行なうことができるからである。
【０００３】
従って、炭化珪素（ＳｉＣ）、すなわちＩＶ−ＩＶ半導体化合物は非常に注目されている材料であり、この材料は、高出力、高電圧、高周波数、または高温の条件で用いられるデバイス及びセンサに特に適しており、かつ単結晶（立方晶系結晶、六方晶系結晶（１７０を超える結晶多形が存在する）、または菱面体晶系結晶）、多結晶、非晶質、または多孔質とすることができる。
【０００４】
炭化珪素はその特性により、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：金属酸化物半導体）デバイス、ガスセンサの分野、特に高温下で動作させる分野において好まれる材料である。
【０００５】
近年、この材料の表面、絶縁体及び金属とのＳｉＣの界面に関する知識において、著しい進歩が見られる。高性能ＭＯＳトランジスタのようなＳｉＣを利用する電子デバイス、特にこの材料の六方晶（ｈｅｘａｇｏｎａｌ：Ｈ）の結晶多形を利用する電子デバイスの実用化に成功するための重要な課題は、ＳｉＣの酸化に関係する表面保護、及びＳｉＣ上の絶縁構造である。
【０００６】
半導体としてのその極めて優れた特性（Ｓｉ、ＧａＡｓ、及びＩｎＰの特性指数の最大１０００倍の特性指数）とは関係なく、ＳｉＣはシリコンと同じ自然酸化膜（ＳｉＯ２）、すなわち絶縁性能が現時点では比類のないレベルを維持する酸化膜を有する。
【０００７】
しかしながら、ＳｉＣ表面を従来法で酸化する（直接酸化する）と、通常炭素を含有し、かつ電気特性に劣るシリコン酸化物、及び急峻ではないＳｉＯ２／ＳｉＣ界面が形成され、遷移領域がＳｉＣとＳｉＯ２との間に数原子層に渡って形成され、更に前記特性が向上することはない。
【０００８】
更に、シリコンを使用する技術を利用して電子部品を製造している間に行なわれる所定の処理の間に、不純物が一つの層から別の層に移動することができ、これによって材料の特性を変化させる欠陥が形成される。
【０００９】
近年、シリコンの品質と同等、またはシリコンの品質よりも優れた非常に高い品質を示す六方晶ＳｉＣ（最大電子ギャップを持つ４周期の六方晶（４Ｈ）の結晶多形）から成るウェハの形成を可能にし、かつどのような欠陥も含むことのない実用的な方法が提案されている。
この点に関しては、Ｎａｔｕｒｅ、 ４３０、 １００９、 ２００４に掲載されたＮａｋａｍｕｒａらによる論文を参照されたい。
【００１０】
電子ギャップが大きい種類の半導体（特に、ＳｉＣの他に、ダイヤモンド、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物、及びＺｎＯを含む）では先例のないこれらの技術的進歩によって、非常に多くの用途に使われる道が開かれている。
このような大口径単結晶ウェハ（すなわち、約５ｃｍ）に関する近年の開発によって、この分野における技術研究が非常に活発になる可能性がある。
【００１１】
課題を解決するための手段
本発明はこの技術分野の一部分を構成するものであり、そしてＳｉＣを利用する技術を成功に導くために通らなければならない道の一つである解決策を提案する。
【００１２】
本発明の目的は、上述の問題を解決する、特に界面の電子状態の影響を無くすことにあり、本発明によって更に、出来る限り急峻で、かつ欠陥の影響を受けない界面の形成が可能になるだけでなく、微細電子デバイスを形成している間の不純物の移動の影響を受け難いデバイスの形成が可能になる。
【００１３】
本発明の発明者らは、炭化珪素基板の表面に形成される化学量論組成の非常に薄い窒化シリコン膜（Ｓｉ３Ｎ４）を使用することによって、これまで発生していた問題を解決することができるという事実を驚きをもって発見した。
本願発明者らは更に、不純物の拡散を制限する、または阻止する性質を持ち、かつ絶縁物／半導体界面（特に、ＳｉＯ２／Ｓｉ界面）の欠陥を覆ってしまう前記膜を形成する方法を発見した。
【００１４】
更に正確に表現すると、本発明の主題は第１に、電子部品の製造に用いられる基板、特に炭化珪素基板であり、前記基板は、化学量論組成の窒化シリコン薄膜で被覆されることを特徴とする。
【００１５】
本発明は更に、化学量論組成の窒化シリコン膜を基板の上に、少なくとも一つの窒素ガスが存在する状態で形成する方法に関するものであり、前記方法は、基板が、前記窒素ガスを透過させる材料から成る材料膜で被覆されることを特徴とし、更に化学量論組成の窒化シリコン膜が、基板と材料膜との間の界面に形成される性質を持つことを特徴とする。
ここで、基板は、基板に材料が堆積する、または基板に材料を形成し易い性質を持つことに注目されたい。
【００１６】
本発明の主題である方法の好適な実施形態によれば、材料は更に、酸化される性質を持つ。
好適には、材料はシリコンである。前記シリコンが単結晶であると有利である。
材料膜は０．５ｎｍ〜２０ｎｍの膜厚を有することが好ましい。
好適には、基板は炭化珪素である。炭化珪素が単結晶であり、かつβ−ＳｉＣ構造またはα−ＳｉＣ構造を有すると有利であり、β−ＳｉＣ構造の場合、面（１００）を使用することが好ましく、α−ＳｉＣ構造の場合、面（０００１）を使用することが好ましい。
【００１７】
シリコン膜を堆積させる場合、米国特許第６６６７１０２Ａ号に対応する国際特許出願公開第ＷＯ ０１／３９２５７Ａ号を参照することができる。
【００１８】
有利なことに、基板に単結晶シリコンが堆積する、及び／または基板に単結晶シリコンを形成し易い性質を持つ基板の表面を形成しておく工程では、基板を少なくとも１０００℃に予備加熱し、単結晶シリコンを加熱基板の表面にほぼ均一に予備堆積させ、そして前記予備堆積後に、基板に対する少なくとも１回の予備アニールを、少なくとも６５０℃で行ない、予備アニールの合計時間は少なくとも７分である。
【００１９】
本発明によれば、シリコンをほぼ均一になるように基板の表面に堆積させることが好ましい。シリコン膜は立方晶構造を持ち、かつ０．５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲の膜厚を有すると有利である。
【００２０】
好適には、シリコンを基板の上に堆積させ、前記基板を約６５０℃に加熱し、次に前記堆積により得られる化合物を少なくとも６５０℃で、合計アニール時間が少なくとも７分になるようにアニールし、次に少なくとも５０℃／分の速度で冷却する。
【００２１】
上述の予備加熱の前に、基板の表面を形成しておく工程では、好ましくは、基板の脱ガス処理を超高真空（１０−１０Ｔｏｒｒ、すなわち約１０−８Ｐａ）下で行ない、次に前記基板に少なくとも１回のアニールを施し、続いて基板を冷却する。過度に急速な冷却は行なわないで、熱衝撃を回避することが好ましい。
【００２２】
本発明の好適な実施形態によれば、シリコンサンプルの表面から放出されるシリコン原子を堆積させ、前記表面は基板の表面よりも大きく、そしてこれらの前記表面の間の距離は２ｃｍ〜３ｃｍである。
【００２３】
シリコンの堆積に続いて、１回または数回のアニールを、例えば７００℃〜１０００℃の温度で行なう。堆積膜の品質は、例えば低エネルギー電子回折法（ＬＥＥＤ）または高エネルギー電子回折法（ＲＨＥＥＤ）、またはＸ線回折法（ＸＲＤ）、或いは光電子回折法（ＰＥＤ）によってチェックすることが好ましい。従って、数回のアニール及び堆積を、シリコン膜が得られるまで行なうことができる。
【００２４】
好ましい態様では、堆積するシリコンは立方晶シリコンであり、ＳｉＣの格子パラメータはＳｉの格子パラメータより２０％だけ小さい格子パラメータにほぼ等しい。
【００２５】
堆積するシリコンは、β−ＳｉＣ（１００）表面を形成しておくために３×２構造の原子配列を有し、かつα−ＳｉＣ（０００１）表面を形成しておくために４×３構造の原子配列を有することが好ましい。
【００２６】
本発明では、窒素ガスは、一酸化窒素ＮＯ、ＮＯ２、アンモニアＮＨ３、亜酸化窒素Ｎ２Ｏ、及び原子状窒素の中から選択されることが好ましい。ＮＯを使用すると有利であり、この場合、酸窒化処理に起因する酸化物の全ての痕跡を除去して、化学量論組成の窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）膜を形成することが好ましい。この処理を行なうために、表面のアニールのような熱処理、好ましくは少なくとも１０００℃の熱処理を用いると有利である。
【００２７】
ＮＯへの曝露は、種々の公知の方法によって行なうことができ、これらの方法では、例えばガスに対する曝露が行なわれる密閉室に所望量のガスが導入されるようにして、基板を、基板に対向して位置する、または前記基板から遠くない場所に位置する案内管手段またはガス流入手段を通って導入される前記ガスに曝露する。
【００２８】
曝露が十分に行なわれるように、曝露を分光分析法により制御することができる。シンクロトロン放射光を用いた光電子分光を、殻電子のエネルギー準位であるＳｉの２ｐ軌道、Ｃの１ｓ軌道、Ｏの１ｓ軌道及びＮの１ｓ軌道の観測に用いると有利である。
【００２９】
本発明の特定の実施形態によれば、基板をＮＯ分子に真空下で曝露する。この場合、曝露は、１００ラングミュア（約１０−２パスカル秒）〜１００００ラングミュア（約１パスカル秒）の範囲で行なわれることが好ましい。
【００３０】
好適には、この曝露は、基板の表面に対向するガス導入管によって行なわれる。ガス導入管は、炭化珪素表面から、２〜３ｃｍであることが好ましい距離Ｄだけ離れて位置するので、酸窒化を均一に行なうことができる。
【００３１】
曝露は、大気温度（１０℃〜３０℃）で、または約８００℃〜１０００℃を最高温度とする温度で個別に行なうことができ、この場合、基板は適切な手段によって、例えばジュール効果により加熱される。
【００３２】
上述のアニールは適切な手段によって、例えばジュール効果によって行なうことができ、前記手段は、ＮＯへの曝露を行なっている間に用いることができる手段と同じ手段であることが好ましい。
【００３３】
好適には、アニールは８００℃〜１０００℃の温度で、更に詳細には１０００℃で行なわれ、この温度では、酸素のみが除去されたことが観測されている。冷却は真空下で、または不活性雰囲気中で、好ましくは１０−６Ｐａ〜１０−５Ｐａの範囲の圧力で行なうと有利である。熱衝撃を回避するために、冷却の速度は５０℃／分を超えないことが好ましい。
【００３４】
本発明の特定の実施形態によれば、曝露する工程、及び酸化物を除去する（好適には、アニールによる）工程は同時に、または連続的に行なわれる。
【００３５】
本発明は更に、電子部品、特にＭＯＳデバイスを基板の上に形成する方法に関するものであり、この方法では、窒化シリコン膜を基板の上に、本発明の主題である方法によって形成する。
本発明は、純粋に例示のためにのみ非限定的に提示される実施形態についての記述を、添付の図を参照しながら一読することにより一層深く理解されるものと思われる。
【実施例】
【００３６】
図１は、本発明による化学量論組成のＳｉ３Ｎ４膜の形成を可能にする設備を模式的に示している。
参照番号１、２、及び３は、単結晶ＳｉＣ基板、構造単結晶Ｓｉ薄膜、及び基板支持体をそれぞれ表わす。
参照番号４はＮＯガス導入管を表わす。矢印５は、ＮＯガスが真空密閉室６に流入する様子を記号で表わしている。矢印７及び８は、排気手段、及び基板１を、例えばジュール効果により加熱する手段をそれぞれ記号で表わしている。
【００３７】
密閉室６では、Ｓｉ３Ｎ４膜の形成が行なわれる。排気手段７によって、ＮＯ分子に曝露される領域を形成することができる。
Ｓｉ膜２で被覆される基板１が支持体３に載置される。
ガス導入管４から密閉室６にＮＯ分子が供給される。ガス導入管は炭化珪素基板１の表面から距離Ｄだけ離れて位置する。この距離Ｄは２〜３ｃｍである。
【００３８】
非制限的な方法で、かつ本発明の一例に従って、例えば少なくとも０．５ｎｍの膜厚（この膜厚は数原子層の厚さのシリコン原子面に相当する）を有する単結晶シリコン薄膜２で被覆される炭化珪素基板１をＮＯ分子に真空下で密閉室６において曝露する。真空下でこのように曝露することにより、Ｓｉ膜で被覆されるＳｉＣ基板を酸窒化することができる。曝露は、Ｓｉ膜で被覆される炭化珪素表面に対向するガス導入管４によって行なわれる。
【００３９】
非制限的な方法で、曝露は、大気温度（１０℃〜３０℃）で、例えば１００ラングミュア（約１０−２パスカル秒）〜１００００ラングミュア（約１パスカル秒）の範囲で行なわれる。ここで、この曝露は約８００℃〜１０００℃を最高温度とする高温で行なうこともできることに注目されたい。この場合、基板は手段８によって加熱される。
【００４０】
曝露に続いて、超高真空の下に高温、例えば１０００℃でアニールを行なう。
上の説明から分かるように、基板を加熱する手段は、大気温度と異なる温度への暴露が選択される場合に使用される。従って、暴露を大気温度で行なう場合、前記手段は使用されない。
【００４１】
基板を加熱する手段８は、基板を真空状態でアニールしている間に使用することもでき、基板のアニールは、炭化珪素表面の酸窒化を生じさせる暴露の後に行なわれる。
【００４２】
本発明による方法を適用して得られる結果は図２を見ると理解することができる。すなわち、基板１が化学量論組成のＳｉ３Ｎ４膜１０で被覆される。非化学量論組成のＳｉ３Ｎ４膜１２がこの膜１０を覆い、そして膜１２は残留シリコン膜１４によって覆われる。
【００４３】
化学量論組成のＳｉ３Ｎ４の種々の極めて優れた特性の中でもとりわけ、不純物に対する拡散バリアとして作用する当該材料の性質について触れる必要がある。すなわち、このバリアによって、前記不純物がＳｉＯ２／Ｓｉ界面の酸化膜に拡散する現象を防止することができ、この特性がＳｉＣに関して得られることが立証されている。
【００４４】
この有利な特性は、前記不純物が酸化膜に取り込まれることによって、このような膜を使用するデバイス、例えばＭＯＳデバイスの性能を大きく劣化させるので重要である。
【００４５】
米国特許第６６６７１０２Ａ号に対応する国際特許出願公開第ＷＯ ０１／３９２５７Ａ号は、前述の不具合の一部を解決することを目的とする酸化シリコン膜を、４×３表面構造を有するシリコン薄膜で被覆される炭化珪素基板またはシリコン基板の上に形成する方法を開示している。この膜は特に、かつ有利な形で、再構成６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）表面に形成することができる、例えば３×３、
または１×１表面構造を有する表面に形成することができる。
【００４６】
この場合、急峻なＳｉＯ２／ＳｉＣ界面が得られ、遷移が実際に、基板と形成されるシリコン膜との間の数原子層に渡って生じることが判明している。
化学量論組成のＳｉ３Ｎ４膜を上述の方法により形成した後、Ｓｉ／ＳｉＣ系を、例えば国際特許出願公開第ＷＯ ０１／３９２５７Ａ号に開示される方法に従って「酸化する」ことができる。
【００４７】
これによってＳｉＯ２／ＳｉＣ界面が、非化学量論組成の窒化シリコン膜とは別に、酸化膜ＳｉＯ２とＳｉＣとの間に化学量論組成のＳｉ３Ｎ４薄膜として形成され、これにより、このような膜を用いた電子デバイスを形成している間に使用される熱処理の際の、不純物が酸化膜に拡散する現象を停止させることができる。
【００４８】
新規のＳｉ膜を堆積させて、更に厚い、または薄いＳｉＯ２膜を形成することも可能である。
薄膜を窒化する、または酸窒化する別の利点は、２つのシリコン化合物がＳｉＯ２／ＳｉＣ界面において欠陥を覆う保護膜となるという役割を果たすことである。
【００４９】
実際、ＳｉＣの酸化に起因する欠陥が発生することによって、界面の電子状態が電荷キャリアの移動度に悪い結果をもたらし、これによって、界面を有するマイクロ電子デバイスの周波数特性が大きく変化してしまう。
【００５０】
このような観点から、本発明による窒化処理によって膜を形成する方法は、この方法単独で、または国際特許出願公開第ＷＯ ０１／３９２５７Ａ号に開示される方法と組み合わせることにより大きな利点をもたらす。
【００５１】
本発明の他の例を以下に提示する。
他のこれらの例に含まれる殻電子のエネルギー準位の観測は、シンクロトロン放射光電子分光法によって行なわれる。
【００５２】
第１の例は、β−ＳｉＣ（１００） ３×２構造の表面の酸窒化、及び近化学量論組成の窒化シリコンの形成に関する。
再構成３×２（β−ＳｉＣ（１００）３×２）構造を有する立方晶炭化珪素の表面（１００）を形成しておく。このような表面を形成しておくのは、この技術分野の当業者には明らかなことであるが、例えばＰｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ、 ７７、 ２０１３ （１９９６）に掲載されたＳｏｕｋｉａｓｓｉａｎらによる論文、または国際特許出願公開第ＷＯ ０１／３９２５７Ａ号を参照されたい。
【００５３】
次に、ＳｉＣの表面を直接酸窒化する処理を行なう。この処理を行なうために、既に形成されているβ−ＳｉＣ（１００）３×２表面を、炭化珪素の表面に対向するガス導入管から導入され、かつ真空蒸発によるＮＯに暴露する。暴露は、大気温度（約１０〜３０℃）で、例えば１００ラングミュア〜１００００ラングミュアの範囲、別の表現をすると、約１０−２パスカル秒〜約１パスカル秒の範囲で行なわれる。
【００５４】
この曝露は、約８００℃〜１０００℃を最高温度とする高温で行なうこともできる。
一酸化窒素ＮＯと表面との相互作用が大気温度（約１０〜３０℃）で行なわれることにより、Ｓｉ−Ｏｘ−Ｎｙの結合を有するシリコン酸窒化物が生成される。前記酸窒化物は表面の下で成長し、この場合、Ｓｉ原子が、影響を受けない表面を構成する。
【００５５】
熱アニールを約６５０℃で行なうことにより、窒素リッチな酸窒化物（Ｓｉ−Ｏｘ−Ｎｙ）が形成され、この現象はシリコンに関して既に知られている現象である。アニールは真空下で、または不活性雰囲気中で個別に行なわれる。
【００５６】
アニールは、例えば電流をサンプルに流すことにより、そして温度を高温計を使用して制御することにより行なわれる。アニールは、電子線照射によって、または電子線照射ではなく、サンプルを炉に入れることにより行なうこともできる。ＳｉＣを利用するサンプルから得られる結果は、Ｓｉを利用するサンプルから得られる結果と同様である。
【００５７】
ここで、アニールを１０００℃に近い温度で行なうことにより、酸素の全てが除去され、かつ近化学量論組成の窒化シリコン薄膜（１原子層〜数ナノメートルの膜厚）により構成される単一の反応生成物のみが残ることに注目されたく、この場合、窒化シリコン薄膜の存在は、殻電子のエネルギー準位であるＳｉの２ｐ軌道、及びＮの１ｓ軌道を観測することにより明らかになり、これに対して酸素の除去は、殻電子のエネルギー準位であるＯの１ｓ軌道によって明らかになる。
【００５８】
窒化物の下に位置するＳｉＣの炭素面は直接影響を受けることはない、というのは、酸窒化プロセスに関与するのは表面の下に位置するＳｉ原子であるからである。同様の状況が、酸素がＳｉＣ表面と相互作用する場合に観測されている。
【００５９】
第２の例は、堆積した（３×２構造の）Ｓｉ薄膜により修飾されたβ−ＳｉＣ（１００）３×２表面の酸窒化、及び化学量論組成のＳｉ窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）の形成に関するものである。
【００６０】
窒化シリコン膜の非化学量論性を減少させるために、シリコン（約２〜３Ｓｉ原子層）をほぼ均一に、基板のβ−ＳｉＣ（１００）３×２表面に堆積させる。シリコン膜を堆積させる手順に関しては、国際特許出願公開第ＷＯ ０１／３９２５７Ａ号を参照されたい。
【００６１】
次に、３×２構造のＳｉ膜で被覆されるＳｉＣを酸窒化する処理を、前の例において説明したように、Ｓｉ膜で被覆されないＳｉＣを直接酸窒化する処理と同様な方法で行なう。この処理を行なうために、３×２構造のシリコンのＳｉ膜で被覆され、かつこのようにして形成される炭化珪素を、３×２構造のＳｉ膜で被覆される炭化珪素の表面に対向するガス導入管から導入され、かつ真空蒸発によるＮＯ分子に曝露する。
【００６２】
曝露は、大気温度（約１０〜３０℃）で、例えば１００ラングミュア〜１００００ラングミュアの範囲、別の表現をすると、約１０−２パスカル秒〜約１パスカル秒の範囲で行なわれる。ここで、この曝露は、約８００℃〜１０００℃を最高温度とする高温で行なうこともできることに注目されたい。
【００６３】
３×２構造のＳｉ膜を持たないＳｉＣを直接酸窒化する場合におけるように、表面の下に局在する酸窒化物がこの場合も同様に、今度はＳｉ薄膜の下に、かつＳｉＣの第１炭素面の上に、更にこれらの２つの膜の界面に形成される。
【００６４】
しかしながら、大きな差が現われる：すなわち、真空下で１０００℃でアニールを行なった後、近化学量論組成のシリコン窒化物が上述のように形成されるだけでなく、非常に薄いＳｉ３Ｎ４膜（１〜１０単原子層）が形成され、Ｓｉ３Ｎ４膜は、これも同じようにＳｉ膜の下に、かつ炭素面の上に位置する化学量論組成の窒化シリコンにより構成される。
【００６５】
化学量論組成のこのＳｉ３Ｎ４膜の存在は、殻電子のエネルギー準位であるＳｉの２ｐ軌道、及びＮの１ｓ軌道を観測することにより明らかになり、これに対して酸素の除去は、殻電子のエネルギー準位であるＯの１ｓ軌道によって明らかになる。
【００６６】
この場合、Ｓｉ３Ｎ４膜は非常に薄い（１〜１０単原子層）が、Ｓｉ３Ｎ４膜の膜厚は、化学量論組成のＳｉ３Ｎ４膜を形成した後にＳｉ膜の上に成長させることができるＳｉＯ２絶縁膜の品質を変化させることなく、不純物の拡散を阻止するために十分な厚さの膜厚である。
【００６７】
第３の例は、Ｓｉ膜（４×３構造を形成する数原子層）が堆積しているα−ＳｉＣ（０００１）３×３表面の酸窒化、及び化学量論組成の窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）の形成に関するものである。
【００６８】
酸窒化は、α−ＳｉＣ（０００１）３×３構造表面を有する単結晶炭化珪素基板の上でも行なわれる。上述した実験による酸窒化処理を、事前に堆積させたＳｉ膜で被覆される六方晶系炭化珪素に適用して、４×３構造の立方晶Ｓｉ構造を形成する。４×３構造のＳｉで被覆されるＳｉＣのこのような表面を形成しておくために、公知の方法の内の一つの方法、例えば国際特許出願公開第ＷＯ ０１／３９２５７Ａ号に開示される方法を使用する。
【００６９】
Ｓｉ３Ｎ４膜を形成するために、４×３構造のＳｉで被覆されるＳｉＣの酸窒化を行なう。この処理を行なうために、４×３構造のＳｉ膜で被覆され、かつこのようにして形成される炭化珪素を、被覆対象炭化珪素の表面に対向するガス導入管から導入され、かつ真空蒸発によるＮＯ分子に曝露する。
【００７０】
曝露は、大気温度（約１０〜３０℃）で、例えば１００ラングミュア〜１００００ラングミュアの範囲、別の表現をすると、約１０−２パスカル秒〜約１パスカル秒の範囲で行なわれる。ここで、この曝露は、約８００℃〜１０００℃を最高温度とする高温でも行なうことができることに注目されたい。
【００７１】
炭化珪素のβ−ＳｉＣ（１００）３×２表面が３×２構造のＳｉ膜で被覆される場合におけるように、表面の下に局在する酸窒化物がこの場合も同様に、Ｓｉ薄膜の下に、かつＳｉＣの第１炭素面の上に形成される。
【００７２】
１０００℃でアニールを行なった後、近化学量論組成のＳｉ窒化物が上述のように形成されるだけでなく、非常に薄いＳｉ３Ｎ４膜（１〜１０単原子層）も形成され、Ｓｉ３Ｎ４膜は、これも同じようにＳｉ膜の下に、かつ炭素面の上に位置する化学量論組成の窒化シリコンにより構成される。
【００７３】
このＳｉ３Ｎ４膜の存在は、殻電子のエネルギー準位であるＳｉの２ｐ軌道、及びＮの１ｓ軌道を観測することにより明らかになり、これに対して酸素の除去は、殻電子のエネルギー準位であるＯの１ｓ軌道によって明らかになる。
【００７４】
従って、表面の下に、かつ炭素面の近傍に形成される化学量論組成の窒化物Ｓｉ３Ｎ４薄膜（１〜１０単原子層）が存在することによって、単結晶シリコン膜が存在する状態で基板を酸窒化する方法の有用性を確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明による化学量論組成のＳｉ３Ｎ４膜の形成を可能にする設備を模式的に示している。
【図２】本発明による、このような膜で被覆されるＳｉＣ基板の模式断面図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品の製造に用いられる基板（１）、特に炭化珪素基板であって、前記基板は、化学量論組成の窒化シリコン薄膜（１０）で被覆されることを特徴とする基板。
【請求項２】
化学量論組成の窒化シリコン膜（１０）を基板（１）の上に、少なくとも一つの窒素ガスが存在する状態で形成する方法であって、前記方法は、基板が、前記窒素ガスを透過させる材料から成る材料膜（２）で被覆されることを特徴とし、更に窒化シリコン膜が、基板と材料膜との間の界面に形成される性質を持つことを特徴とする方法。
【請求項３】
材料は更に、酸化される性質を持つ、請求項２記載の方法。
【請求項４】
材料はシリコンである、請求項３記載の方法。
【請求項５】
材料膜（２）は０．５ｎｍ〜２０ｎｍの膜厚を有する、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
基板（１）は炭化珪素である、請求項２乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
基板（１）は、β−ＳｉＣ構造またはα−ＳｉＣ構造を有する単結晶炭化珪素である、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記材料で被覆される面は、基板がα−ＳｉＣ構造を有する炭化珪素である場合に面（０００１）であり、そして基板がβ−ＳｉＣ構造を有する炭化珪素である場合に面（１００）である、請求項７記載の方法。
【請求項９】
窒素ガス暴露に対する品質は分光分析法によって制御される、請求項２乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
窒素ガスは、一酸化窒素ＮＯ、ＮＯ２、アンモニアＮＨ３、亜酸化窒素Ｎ２Ｏ、及び原子状窒素の中から選択される、請求項２乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
窒素ガスは一酸化窒素であり、そして前記方法は、窒素ガスへの曝露中に形成される酸化物を除去する工程を含む、請求項２乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
形成される酸化物は熱処理によって除去される、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
形成される酸化物は、アニールを少なくとも１０００℃で行なうことにより除去される、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
曝露する工程、及び除去する工程は同時に行なわれる、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
窒化シリコン膜を、シリコン膜（２）で被覆される炭化珪素基板（１）の上に形成する方法であって、前記方法は、基板（１）を密閉室（６）内で、一酸化窒素分子に曝露することを特徴とし、更にこの暴露中に形成される酸化物を熱処理によって除去することを特徴とする方法。
【請求項１６】
炭化珪素基板を保護する方法であって、前記方法は、請求項２乃至１４のいずれか一項に記載の方法によって、窒化シリコン膜（１０）を形成しておく工程と、そして材料の表面を酸化する工程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
電子部品、特にＭＯＳデバイスを基板の上に形成する方法であって、請求項２乃至１５のいずれか一項に記載の方法によって、基板の上に窒化シリコン膜を形成する方法。
【請求項１】
電子部品の製造に用いられる基板（１）、特に炭化珪素基板であって、前記基板は、化学量論組成の窒化シリコン薄膜（１０）で被覆されることを特徴とする基板。
【請求項２】
化学量論組成の窒化シリコン膜（１０）を基板（１）の上に、少なくとも一つの窒素ガスが存在する状態で形成する方法であって、前記方法は、基板が、前記窒素ガスを透過させる材料から成る材料膜（２）で被覆されることを特徴とし、更に窒化シリコン膜が、基板と材料膜との間の界面に形成される性質を持つことを特徴とする方法。
【請求項３】
材料は更に、酸化される性質を持つ、請求項２記載の方法。
【請求項４】
材料はシリコンである、請求項３記載の方法。
【請求項５】
材料膜（２）は０．５ｎｍ〜２０ｎｍの膜厚を有する、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
基板（１）は炭化珪素である、請求項２乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
基板（１）は、β−ＳｉＣ構造またはα−ＳｉＣ構造を有する単結晶炭化珪素である、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記材料で被覆される面は、基板がα−ＳｉＣ構造を有する炭化珪素である場合に面（０００１）であり、そして基板がβ−ＳｉＣ構造を有する炭化珪素である場合に面（１００）である、請求項７記載の方法。
【請求項９】
窒素ガス暴露に対する品質は分光分析法によって制御される、請求項２乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
窒素ガスは、一酸化窒素ＮＯ、ＮＯ２、アンモニアＮＨ３、亜酸化窒素Ｎ２Ｏ、及び原子状窒素の中から選択される、請求項２乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
窒素ガスは一酸化窒素であり、そして前記方法は、窒素ガスへの曝露中に形成される酸化物を除去する工程を含む、請求項２乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
形成される酸化物は熱処理によって除去される、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
形成される酸化物は、アニールを少なくとも１０００℃で行なうことにより除去される、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
曝露する工程、及び除去する工程は同時に行なわれる、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
窒化シリコン膜を、シリコン膜（２）で被覆される炭化珪素基板（１）の上に形成する方法であって、前記方法は、基板（１）を密閉室（６）内で、一酸化窒素分子に曝露することを特徴とし、更にこの暴露中に形成される酸化物を熱処理によって除去することを特徴とする方法。
【請求項１６】
炭化珪素基板を保護する方法であって、前記方法は、請求項２乃至１４のいずれか一項に記載の方法によって、窒化シリコン膜（１０）を形成しておく工程と、そして材料の表面を酸化する工程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
電子部品、特にＭＯＳデバイスを基板の上に形成する方法であって、請求項２乃至１５のいずれか一項に記載の方法によって、基板の上に窒化シリコン膜を形成する方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公表番号】特表２００９−５００８３７（Ｐ２００９−５００８３７Ａ）
【公表日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５１９９２９（Ｐ２００８−５１９９２９）
【出願日】平成１８年７月４日（２００６．７．４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００６／０６３８５８
【国際公開番号】ＷＯ２００７／００３６３９
【国際公開日】平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【出願人】（５０２１２４４４４）コミッサリア タ レネルジー アトミーク (383)
【出願人】（５０６４２３５２３）ユニベルシテ パリ スードゥ （パリ １１） (4)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月４日（２００６．７．４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００６／０６３８５８
【国際公開番号】ＷＯ２００７／００３６３９
【国際公開日】平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【出願人】（５０２１２４４４４）コミッサリア タ レネルジー アトミーク (383)
【出願人】（５０６４２３５２３）ユニベルシテ パリ スードゥ （パリ １１） (4)
【Ｆターム（参考）】
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